Sovralimentazione a onde di pressione, Hyperbar e altre strade strane

Nel marzo 1981 la Ferrari aveva in mano, a Long Beach, lo stesso sovralimentatore che pochi anni dopo sarebbe finito sotto il cofano di circa 150.000 Mazda diesel. Lo ha montato, l’ha provato in prova libera, gli si è rotta la cinghia e l’ha buttato. In Italia questa storia si racconta sempre dal lato di Maranello, come una parentesi tecnica prima del biturbo. Vista da fuori è un’altra cosa: è la storia di un’idea svizzera che ha girato mezzo mondo, è passata per un trattore finlandese e una berlina giapponese, e che nessun costruttore europeo ha voluto davvero.

In questa serie abbiamo già percorso la strada maestra: il motore aspirato, il compressore volumetrico, il turbo, la guerra al turbo lag, biturbo e twincharging e l’intercooler. Sono le soluzioni che hanno vinto. Questo settimo capitolo invece va nei fossi ai lati della strada, dove sono finite tre macchine che sembrano scherzi da ufficio tecnico: un sovralimentatore che lavora con le onde di pressione, un turbo con una camera di combustione tutta sua e un soffiatore che tutti chiamano compressore ma che in realtà serve a far respirare il motore e basta.

Comprex: comprimere l’aria con un’onda

L’idea è della Brown Boveri di Baden, il colosso elettrotecnico svizzero poi confluito in ABB. Uno dei suoi ingegneri, Claude Seippel, brevettò lo scambiatore di pressione e nel 1940 gli diede il nome Comprex, da COMPRessione ed EXpansione. Le prime prove su motore andarono male e il progetto rimase fermo fino al 1957, quando l’americana ITE riprese i test sui veicoli insieme alla BBC.

Il principio è bellissimo, e merita due minuti. C’è un tamburo, trascinato da una cinghia dall’albero motore, pieno di celle aperte alle due estremità, come un alveare arrotolato. Da un lato arrivano i gas di scarico caldi e in pressione, dall’altro l’aria fresca. Quando una cella si trova davanti alla luce di scarico, il gas entra di colpo e lancia un’onda di pressione che attraversa l’aria intrappolata alla velocità del suono e la comprime. Il tamburo gira, la cella arriva davanti alla luce di aspirazione e l’aria compressa va al motore.

Il punto delicato è la miscelazione. L’onda non è il gas di scarico: corre avanti. Il confine vero tra gas combusti e aria fresca la segue molto più lentamente. Tutta l’arte del progetto sta nel far uscire l’aria compressa dalla cella prima che quel confine arrivi. Nessun pezzo meccanico tocca l’aria: lo scarico cede la sua energia direttamente alla carica fresca, gas contro gas, in pochi millesimi di secondo.

Il vantaggio è la risposta. Un turbo deve aspettare che la girante prenda giri prima di dare pressione; il Comprex reagisce alla velocità di un’onda che percorre un tubo, quindi spinge quasi dal minimo. Per i diesel degli anni Ottanta, pigri come pochi in basso, era una manna. Chi ha avuto un XUD aspirato, quello che in Italia pagava il superbollo e non moriva mai, sa di cosa parlo.

I difetti erano tre, e testardi. Primo: per quanto si affini la fasatura, un po’ di gas combusto finisce sempre nell’aria fresca, una piccola EGR involontaria che scalda e sporca la carica. Il diesel la sopporta, il benzina no, ed è per questo che il Comprex è vissuto quasi solo a gasolio. Secondo: il tamburo è trascinato a cinghia e la sua fasatura deve andare d’accordo con il regime del motore su tutto l’arco dei giri, cosa difficile da ottenere e ancora più difficile da mantenere. Terzo: costava e pesava più di un turbo proprio negli anni in cui il turbo diventava economico, affidabile e ovunque.

Un trattore, una Opel, una Mazda e una Ferrari

Il primo cliente vero fu un trattore. La finlandese Valmet montò il Comprex nel 1980 sul motore 411CX del modello 1203. Funzionava, costava troppo, e i modelli successivi non lo ebbero. Del resto i trattori hanno spesso più ingegneria di quanto si creda: a Cento, con la Lamborghini Trattori, ci si pagò la Miura.

In auto, la Opel offrì dal 1985 una Senator 2.3 diesel Comprex da 95 CV, solo con cambio manuale a cinque marce e con la targhetta Irmscher al posto di quella Opel, prodotta in pochissimi esemplari. Anche Peugeot e Mercedes-Benz lo provarono. Quella che conta è la Mazda 626, Capella in Giappone, che dal 1988 offrì il suo diesel RF di due litri in versione Comprex: 75 CV contro i 60 dello stesso motore aspirato. La cifra che circola è di 150.000 Mazda diesel con Comprex; la Mazda non l’ha mai pubblicata ufficialmente, quindi va presa come ordine di grandezza. La storia tecnica tedesca del dispositivo aggiunge il pezzo che spiega tutto: in Europa i costruttori non abboccarono, dopo la fusione di BBC con la svedese ASEA in ABB non ci furono più soldi per il progetto, e il sistema fu venduto alla Mazda.

E la Ferrari? Nel 1979 Maranello e Brown Boveri avevano firmato un accordo di collaborazione in esclusiva per portare il Comprex in pista. La macchina si chiamò prima 126BBC, poi 126CX. A Long Beach 1981, debutto del primo turbo Ferrari, la squadra si presentò con le due soluzioni. Su un cittadino pieno di buche, frenate e ripartenze, il punto debole venne fuori subito: a Gilles Villeneuve si ruppe in prova la cinghia del tamburo, gli montarono i turbo KKK e la 126CX non prese mai il via di un Gran Premio. È la parte che in Italia si sa. Quella che si sa meno è dove sia finita l’idea dopo.

È finita, tra l’altro, a Lucerna. Nell’agosto 1996 Greenpeace presentò lo SmILE, una Renault Twingo rifatta dalla svizzera Wenko con un bicilindrico a benzina di 358 cm³ e 55 CV, sovralimentato a onde di pressione, che consumava meno di 3,3 litri ogni cento chilometri: la metà della Twingo di serie. Le fonti non concordano sul fatto che fosse già un Hyprex o un Comprex adattato. Il passo successivo, invece, è documentato: la stessa azienda, diventata Swissauto Wenko, sviluppò l’Hyprex, con il tamburo mosso da un motore elettrico invece che dalla cinghia (il nome unisce Hybrid e Comprex), e nel 2008 lo montò su una Golf V con un mille da 150 CV e 210 Nm a 1.250 giri. Un progetto per la Mercedes-AMG A 45 del 2012 saltò per i problemi di gioventù del sistema. Oggi l’aiuto elettrico al turbo è roba da supercar, come sulla Ferrari F80. Gli svizzeri ci avevano provato prima, con le onde. Una specie di rivincita postuma sulla cinghia di Long Beach.

Hyperbar: il turbo che si accende da solo

Dalla strada elegante passiamo a quella brutale, e la apre l’esercito francese.

Il problema è il turbo lag in scala carro armato. Un mezzo da sessanta tonnellate ha bisogno di un diesel enorme e di un turbo enorme, e un turbo enorme ha un’inerzia enorme: il pilota schiaccia e aspetta. In battaglia, chi aspetta muore.

La risposta francese porta il nome dell’ingegnere Jean Melchior, che dal 1970 depositò i brevetti con lo Stato francese come titolare, tramite la delega ministeriale per gli armamenti. L’idea si chiama Hyperbar: si tiene il diesel, ma il suo turbocompressore diventa una piccola turbina a gas autonoma. Servono due pezzi. Una camera di combustione con la sua iniezione, piazzata tra lo scarico del motore e la turbina. E un bypass che manda parte dell’aria del compressore direttamente in quella camera, senza passare per i cilindri. Con questi due elementi compressore, camera e turbina possono girare da soli come un piccolo motore a turbina, parente stretto di quello che la Fiat montò su un’auto nel 1954 con la Turbina, che il diesel dia gas di scarico o no. Un regolatore dosa il carburante alla camera per tenere la pressione sopra una soglia minima: brucia di più all’avviamento e ai bassi carichi, quando lo scarico non basta, e quasi si spegne quando il motore lavora. Il risultato sono pressioni di sovralimentazione di diversi bar, da cui il nome, disponibili anche al minimo.

Il conto è salato: più carburante, un secondo impianto di combustione con il suo calore e la sua complessità, e tubi ovunque. Nessuno lo paga su un’auto. I militari e la marina sì. La SACM di Mulhouse, che industrializzò il sistema, pubblicizzava nel 1983 un V12 Hyperbar da 1.400 CV a 2.500 giri per motovedette veloci, e lo stesso anno presentò un Hyperbar di 21 litri e 1.000 kW per guardacoste da 60 tonnellate.

Il caso da manuale è il carro Leclerc. La produzione di serie partì nel 1990 e l’esercito francese accettò il primo carro nel gennaio 1992. Il suo SACM V8X-1500 dà 1.500 CV ed è affiancato da una turbina a gas Turbomeca TM 307B integrata nel sistema di sovralimentazione, che può funzionare anche da gruppo ausiliario a motore principale spento.

Qui il confronto con l’Italia viene da sé. L’Ariete, il carro italiano dello stesso periodo, ha fatto la scelta opposta: un V12 Fiat-Iveco MTCA di 25,8 litri, turbo con intercooler, da circa 1.250 CV, nato unendo due V6 di famiglia già usati su Centauro e Dardo. Niente camere di combustione, niente turbine ausiliarie: un turbodiesel convenzionale fatto bene. L’aggiornamento in corso lo porta a 1.500 CV, la stessa cifra del Leclerc, senza Hyperbar. Due eserciti vicini, due filosofie, e per una volta la soluzione semplice non è quella francese.

La pista spagnola

C’è un cognome spagnolo in questa storia, e va maneggiato con attenzione. Il blindato da ricognizione francese AMX-10 RC, entrato nei reparti tra il 1979 e il 1981, montava all’inizio un V8 policarburante sovralimentato della Hispano-Suiza, l’HS 115-2, da circa 250 CV, sostituito a metà anni Ottanta da un diesel Baudouin. La Hispano-Suiza era nata a Barcellona nel 1904, fondata dall’ingegnere svizzero Marc Birkigt e dall’imprenditore catalano Damián Mateu: è la stessa marca del V8 che spingeva lo SPAD di Baracca. La società francese nacque nel 1923 con la casa madre spagnola padrona del 71% del capitale, finché alla fine degli anni Trenta lo Stato francese ne prese il controllo per la produzione bellica. Nel 1946 la spagnola vendette il suo ramo automobilistico all’ENASA, l’azienda che Wifredo Ricart trasformò nella Pegaso, e la francese andò avanti da sola finché nel 1968 la assorbì la Snecma. Quando fu progettato l’HS 115, di Barcellona restava solo il nome.

E va detto chiaramente: le fonti descrivono quel motore come sovralimentato e basta. Non ho trovato nulla che indichi una camera di combustione Hyperbar, e avere un turbo non basta a collegarlo. Resta un aneddoto.

Il soffiatore che non sovralimenta

L’ultimo caso è il più frainteso. Chi apre il cofano di un vecchio Detroit Diesel vede un compressore Roots attaccato al fianco del blocco e pensa: sovralimentato. Non proprio.

La Detroit Diesel era una divisione della General Motors, la stessa GM che negli anni Cinquanta giocava con i motori a pistone libero, e la sua Serie 71 a due tempi nacque nel 1938 con un Roots trascinato a ingranaggi di serie. Un quattro tempi ha una corsa intera per espellere i gas e un’altra per aspirare. Un due tempi fa tutto in un solo giro d’albero e non ha corse da dedicare al respiro. I piccoli due tempi a benzina, quelli del motorino, usano il carter come pompa. Il grande diesel Detroit no: ha le luci di aspirazione nella canna e le valvole di scarico nella testa, e l’unico modo per cacciare fuori i gas combusti e far entrare aria fresca nell’attimo in cui le luci sono scoperte è soffiarci attraverso. È il lavaggio. Senza il soffiatore quel motore non parte nemmeno.

L’aria entra sopra la pressione atmosferica, certo, perché senza una differenza di pressione non si muove niente. Ma quella pressione serve a respirare, non a fare potenza. È la differenza tra un polmone d’acciaio e un turbo da corsa. Quando la Detroit voleva davvero più cavalli aggiungeva un turbo vero che soffiava dentro l’ingresso del Roots, e quei motori avevano una T nella sigla. Twincharging per necessità, decenni prima che la parola diventasse uno slogan. Lo stesso soffiatore, tra l’altro, è quello che gli hot rodder americani rubarono ai residuati di guerra per metterlo sopra i V8, come abbiamo raccontato nel capitolo del compressore volumetrico.

E c’è un filo che riporta in Emilia. Nel 1995 la Detroit Diesel comprò la VM Motori di Cento, che per qualche anno si chiamò DDC Cento e da lì cominciò a fornire diesel a Chrysler e Jeep. Lo stesso paese della Lamborghini Trattori. Il mondo dei motori, a guardarlo bene, è un paese piccolo.

Tre fini diverse

Non vanno messi nello stesso sacco. Il Comprex era la risposta migliore al vuoto ai bassi regimi e l’hanno ucciso il costo e la delicatezza, proprio quando il turbo diventava economico. L’Hyperbar in un’auto non ha mai avuto senso, ma morto non è: gira ancora dentro ogni Leclerc. E il soffiatore del due tempi non ha perso nessuna gara perché non ne correva nessuna: faceva un altro lavoro, e la sua fama di compressore se la sono inventata gli hot rodder.

La lezione della strada è brutale. Il turbo normale non ha vinto perché perfetto, e questa serie è stata un catalogo delle pezze che gli servono. Ha vinto perché un costruttore può farne milioni senza fallire e venderli a chi guiderà quindici anni senza pensarci mai. Un tamburo a onde di pressione e un turbo con il suo bruciatore erano troppo speciali per questo patto. Per questo stanno nel museo. La visita, però, vale il biglietto.

Cosa ne ha fatto l’industria di tutta quest’aria, una volta imparato a infilarla nei cilindri, lo racconta il capitolo 8: il downsizing e perché un piccolo motore turbo consuma meno di uno grande, superknock compreso.

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